不能凝结气体积聚(Non-CondensableGasAccumulation)现象在核电厂运行过程中发生频率比较高,如果没有及时采取有效手段进行处理,很有可能引起设备与系统的故障和损坏,干扰核电厂的正常运作。国际上要求各国核电厂采取相应的手段来解决不能凝结气体积聚的问题,我国核监管局也意识到了这一点,并出台了相应政策,要求国内所有核电站加强管控,做好不能凝结气体积聚的评估工作。因此,应落实相关要求,定期监测不可凝结气体,查明原因并制定针对性的解决措施。
1.不能凝结气体意外积聚的原因
当不凝气体积聚时,核电厂往往会出现特殊现象,这也被业内人士称为“入侵的征兆”。根据相关调查,我们可以知道这些“征兆”主要如下:(1)受各种因素影响,安注箱内液体下降;(2)RCS(反应堆冷却系统)泄漏;(3)在系统试验过程中,发现管道内压太小,外压太大;(4)泵的功能损坏。核电厂应考虑这些问题“征兆”重要原因,提前制定预防措施,开展监测工作,明确气体积聚的位置和体积,并采取有效措施解决。以下是不凝结气体意外积聚的主要原因。
1.1管道排气不足
气体侵入和气体积累在很大程度上与维护检查后管道排气不足密切相关。一些技术人员的专业素质有待提高,设备和管道的维护没有严格按照要求进行。排气操作不规范,无法准确掌握不凝气体的积聚位置。设计中忽略了高排气口,部分气体难以正常排出,积聚在管道内。
1.2高压饱和含气水泄漏
如果隔离边界泄漏,高压气体将从泄漏进入下游低压管道,导致管道内部压力降低,这也是不凝气体意外积聚的主要原因之一。
1.3设计不足
在核电厂初步设计过程中,没有统筹考虑,细节不全面,气体储罐位置不合理。
2.监测不凝结气体
2.1不能凝结气体积聚位置
根据对核电厂实际运行情况的调查,不难发现大部分不凝气体积聚在系统的最高点,难以监测,需要应用特殊的设备和技术手段。最常见的积累位置如下:(1)设备倒置“U”形管;(2)设备开关和阀门;(3)管道排气点;(4)热交换器;(5)管道大小头;(6)孔板;(7)主管道的分支管等。由于各核电厂的设备和管道布置不同,不可凝结气体的积聚位置不固定。应在现场进行全面勘察,并根据设计图纸进行分析,以确定积聚位置。
2.22凝结气体量化监测
2.2.1冲水法
确定不凝气体的位置和类别后,用相应的设备和仪器测量压力(P0)和温度(T0),固定体积(△V)直接注入含有气体的管道;注入后,再次测量气体的压力P1与温度T1.利用下列公式计算原气体积:P0*VO/T0=P1(V0-△V)/T1.采用注水法测量不凝结气体时,确保系统停止运行,隔离被测管道,避免注水对设备运行产生负面影响。由于结构特点,部分管道容易不凝结气体积聚,可提前预测分析,合理设置固定仪表和监测设备,便于定期或不定期监测。
2.2.2超声波技术
超声波作为一种新兴技术,在许多领域得到了广泛的应用。主要原理是超声波在不同界面和不同介质中的传播速度不同。收集回波后,可通过计算得到被测液体的高度。当管道处于满水、少气体、少液体状态时,分别设置超声探头,利用信号接收装置接收超声波回波的时差和声速,通过计算得到管道中不能凝结气体体积的准确数据。当管道中的液位超过中心,但不满水时,可通过以下公式表示围成气体扇形的截面积:S=nπR²/360-ah/2。在这个公式中,R为管道内径,a是图中AB的长度,h表示CD长度。
当管道中的液体深度未达到中心线时,周围的风扇截面积可以用以下公式表示:S=nπR²/360+ah/2。其中a说JK的长度,h表示ON长度。不凝气体体积计算公式:V=L*S,也就是说,体积数据可以通过乘以截面积和积累的长度来获得。表1是不同液位的不同位置。UT测量。
在满水情况下,管道截面图中最高点为G,信号接收设备可用于获取该状态下的回波信号;当液位位置在管道中心线以上,但不完全满时,可从C点开始,顺时针或逆时针转动超声探头,直至收到满水回波信号,了解液位的具体位置和不凝气体的体积;当液位位置水位低于管道中心线时,H点为最高点,顺时针或逆时针转动至L和M点,如果回波信号与满水信号不同,则需要调整超声探头的位置。
2.2.3.导波超声技术
在使用导波超声技术时,探头可以固定在管道的某个部分,接收器可以设置在另一个部分接收超声波。声音在水和空气中的传播速度不同,消耗情况也不同。管道中的水越多,接收装置能得到的能量就越少;管道中的气体越多,接收装置能得到的能量就越多。导波超声技术应用方便,只需将设备、接收器、导线固定在管道上,即可实现定期检查。由于不需要拆除原始绝缘材料,监测人员可以减少辐射剂量,有助于确保其安全和健康。在长管道不凝结气体监测中,导波超声技术优势突出,但需要校准刻度,对设备安装精度要求较高。
2.3不同方法的比较
以上介绍了三种不同的不凝气体监测方法,其中充水法对技术要求不高,使用非常简单,原理简单,但适用范围不广。与充水法相比,超声技术监测结果更准确,但需要现场布置,技术要求高,操作复杂;拆除绝缘材料后,监测人员长期接受高辐射剂量,对身心伤害较大。导波超声技术对空间的需求相对较小,测量精度不如超声技术,需要拆除的绝缘材料较少,但缺点是需要严格控制初始校准的精度,如果控制不当,会影响监测结果。
结语:
总之,如果不及时处理不可凝结气体的积累,将对核电厂设备和系统的稳定运行产生很大影响。本文分析了不可凝结气体积累的主要原因,提出了三种主要的不可凝结气体监测方法:充水法、超声技术和导波超声技术。经过比较,可以知道不同方法的适用范围、空间要求、测量精度等都有一定的差异,也有各自的局限性,应根据实际情况合理选择。